多组学分析揭示骨关节炎滑膜组织和滑液中关键蛋白与代谢物变化

为探究骨关节炎（OA）患者代谢通路及差异蛋白变化，研究人员开展多组学分析，发现相关变化及潜在诊疗靶点。

　　骨关节炎（Osteoarthritis，OA），尤其是膝关节骨关节炎（Knee Osteoarthritis，KOA），就像一个隐藏在关节深处的 “破坏者”，悄无声息地给人们带来痛苦。它是一种极为常见且危害极大的退行性关节疾病，不仅会让患者承受关节疼痛、肿胀、活动受限等折磨，还会给社会和家庭带来沉重的经济负担。

以往，人们对 KOA 发病机制的认识主要集中在机械因素上，比如年龄增长、关节长期磨损以及外伤等。但随着研究的深入，大家逐渐发现，免疫反应激活、自由基释放、骨内压升高和细胞因子分泌等生物学因素，在 KOA 的发展过程中也起着关键作用。可这些因素具体是如何影响 KOA 发病的，仍然是个未解之谜。而且，目前用于检测 KOA 的放射学检查，往往只能在疾病发展到晚期，出现关节间隙变窄、骨赘形成和软骨下骨坏死等明显症状时才能发现，这时往往已经错过了最佳治疗时机。

在这样的背景下，四川大学华西医院等机构的研究人员，为了深入了解 KOA 的发病机制，探索潜在的诊断和治疗靶点，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Journal of Translational Medicine》上。

研究人员采用了蛋白质组学（Proteomics）和代谢组学（Metabolomics）相结合的技术方法。在样本选取上，精心挑选了 10 例 KOA 患者作为实验组，10 例健康人作为对照组，并严格按照既定的纳入标准和排除标准进行筛选。在蛋白质组学分析中，运用数据非依赖采集（Data-Independent Acquisition，DIA）技术，对滑膜组织和滑膜液中的蛋白质进行分析；在代谢组学分析方面，通过液相色谱 - 质谱联用（Liquid Chromatography - Mass Spectrometry，LC-MS）技术，检测代谢物的变化。

研究结果如下：

• 差异蛋白表达及功能富集分析：在膝关节滑膜的蛋白质组学研究中，共鉴定出 174 个差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins，DEPs），其中 67 个上调，107 个下调。这些蛋白与细胞黏附、细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）组织和胶原纤维组织等生物学过程密切相关。KEGG 通路富集分析显示，它们显著富集在补体和凝血级联反应、ECM - 受体相互作用以及粘着斑通路。在滑膜液的蛋白质组学分析中，鉴定出 15 个 DEPs，8 个上调，7 个下调，同样与软骨降解和滑膜软骨瘤形成相关。综合分析发现，FN1、COL1A1 和 COL3A1 等蛋白在滑膜和滑膜液中均显著上调，且与 ECM - 受体相互作用、粘着斑和补体凝血级联反应等通路紧密相关，通过蛋白质免疫印迹（Western blot）和免疫组织化学（Immunohistochemistry）分析进一步证实了这些蛋白的表达变化。
• 代谢组学分析：代谢组学分析共鉴定出滑膜中 4484 种代谢物、滑膜液中 2243 种代谢物，其中滑膜有 693 种、滑膜液有 341 种差异代谢物。KEGG 通路富集分析表明，滑膜中三羧酸（Tricarboxylic Acid，TCA）循环和苯丙氨酸代谢途径显著富集，滑膜液中精氨酸生物合成以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径显著富集。对部分代谢物的验证实验发现，OA 患者滑膜中的富马酸、天冬氨酸、精氨酸和苯丙氨酸水平显著升高，同时 OA 患者碱性磷酸酶（Alkaline Phosphatase，ALP）活性也显著增加。
• 综合分析：综合蛋白质组学和代谢组学分析结果发现，VWF、FN1 和 TGFBI 等蛋白通过 ECM 重塑和 COL1A1、COL3A1 信号通路促进滑膜软骨瘤形成。同时，来自丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸生物合成以及苯丙氨酸代谢的关键代谢物，共同增加了富马酸水平，进而增强了 TCA 循环，为 ECM 重塑和滑膜成骨提供了大量能量。

研究结论和讨论部分指出，在 KOA 的发展过程中，能量代谢、软骨修复和成骨机制的改变至关重要。滑膜中 COL1A1 的高表达很可能是由于滑膜成骨导致的，而滑膜成骨可能源于滑膜成纤维细胞、间充质干细胞和肥大软骨细胞的分化。研究中还发现，差异蛋白 FN1 和 TGFBI 与滑膜成骨密切相关，高能量代谢（TCA 循环）为滑膜成骨转化提供了能量。不过，该研究也存在一定局限性，比如样本量较小，无法将组学研究结果与临床严重程度指标进行关联分析。但总体而言，这项研究为深入理解 KOA 的发病机制提供了新的视角，研究中发现的相关代谢物和蛋白质具有作为 OA 诊断和治疗靶点的潜力，为未来 OA 的精准诊疗指明了方向，有望推动骨关节炎治疗领域的新突破。